沈珠江院士——科学方法与岩土工程

1、科学方法与岩土工程清华大学水利水电工程系归归纳纳q归纳：经验公式归纳：经验公式q演绎：三段论式演绎：三段论式演绎论证：微分方程边界条件演绎论证：微分方程边界条件解答解答演绎推测：设计理论与方法设计参数演绎推测：设计理论与方法设计参数作品作品普遍适用的理论 补充陈述 推论大前提大前提小前提小前提2021-7-9第2页归归纳纳法法的的q弹塑性分析新方法弹塑性分析新方法三轴试验归纳的结果不具普遍性三轴试验归纳的结果不具普遍性违背塑性流动理论违背塑性流动理论 归纳法 epf pe2021-7-9第3页演演绎绎法法的的q膨胀土地基的承载力膨胀土地基的承载力膨胀力是引起膨胀土膨胀的原因膨胀力是引起膨胀土膨

2、胀的原因原有的地基承载力公式没有考虑膨胀原有的地基承载力公式没有考虑膨胀力力所以必须修改公式所以必须修改公式 演绎法2021-7-9第4页抽抽象象q抽象抽象性质抽象性质抽象弹性和塑性弹性和塑性关系抽象关系抽象虎克定律和达西定律虎克定律和达西定律q具体具体误用的原因：一般是补充陈述（小前提）有错误误用的原因：一般是补充陈述（小前提）有错误超过理论适用范围超过理论适用范围补充条件有错误补充条件有错误边界条件错误边界条件错误设计参数错误设计参数错误经验经验理论理论具体化理论的应用具体化理论的应用2021-7-9第5页抽抽象象对土性质的认识曾经历的四次飞跃压硬性摩擦定律极限平衡理论排水压密性有效应力原

3、理固结理论剪胀性剑桥弹塑性模型结构性?2021-7-9第6页具具体体化化中中q抗剪强度理论抗剪强度理论软粘土软粘土-快剪快剪硬粘土硬粘土-慢剪慢剪q勘测资料失误勘测资料失误残积土上多层建筑残积土上多层建筑软粘土上滑坡软粘土上滑坡 具体化2021-7-9第7页外外推推q外推外推外推拓宽理论适用范围外推拓宽理论适用范围一维一维二维、三维二维、三维线性线性非线性非线性饱和土饱和土非饱和土非饱和土q内插内插普遍适用的理论退回到有限范围适用的理论普遍适用的理论退回到有限范围适用的理论2021-7-9第8页分分析析q西方还原论的精华西方还原论的精华结构结构构件构件分子分子原子原子生物生物器官器官细胞细胞基

4、因基因q分析分析实体分析：有限单元法，实体分析：有限单元法，条分法条分法成份分析：颗粒分析，化成份分析：颗粒分析，化学分析学分析总应力有效应力孔隙总应力有效应力孔隙压力压力q注意两点注意两点分析时出现而综合时消分析时出现而综合时消失的，如渗透力失的，如渗透力综合时存在而分析时消综合时存在而分析时消失的，如人体筋络系统，失的，如人体筋络系统，地应力地应力q虚构的概念虚构的概念土骨架，超静孔隙压力，土骨架，超静孔隙压力，塑性应变，离心力和惯塑性应变，离心力和惯性力性力2021-7-9第9页分分析析的的关关键键 分析III水水土骨架土骨架水水土骨架土骨架2021-7-9第10页不不宜宜2021-7-

5、9第11页概概化化q概化概化数学分析略高阶小量数学分析略高阶小量地下水流裘布依假设地下水流裘布依假设q细化细化渗透系数由标量改为张量渗透系数由标量改为张量单一屈服面改为双屈服面单一屈服面改为双屈服面简化或理想化略去次要因素简化或理想化略去次要因素细化增加考虑的因素细化增加考虑的因素2021-7-9第12页类类比比q类比类比电拟试验，各种物理模型试验电拟试验，各种物理模型试验q借鉴借鉴仿生学，优化理论中的遗传算法，树仿生学，优化理论中的遗传算法，树根桩根桩学科间的交叉正是为了发挥借鉴学科间的交叉正是为了发挥借鉴比拟从相似事物的比较中得出结果比拟从相似事物的比较中得出结果借鉴从其它事物的观测中得到

6、启发借鉴从其它事物的观测中得到启发2021-7-9第13页移移植植q移植移植土壤学，混凝土的研究成果土壤学，混凝土的研究成果q引进引进数学力学的一般理论如分形几何，损数学力学的一般理论如分形几何，损伤力学伤力学高新技术如数字技术，高新技术如数字技术，GPS移植直接引用相邻学科的成果移植直接引用相邻学科的成果引进引入普遍适用的理论或方法引进引入普遍适用的理论或方法2021-7-9第14页引引进进和和借借鉴鉴q以中国革命为例以中国革命为例 对应原则对应原则中国革命需要马克思列宁主义中国革命需要马克思列宁主义马克思列宁主义适合中国国情马克思列宁主义适合中国国情没有死搬俄国十月革命的经验没有死搬俄国十

7、月革命的经验需要需要适合适合活用活用2021-7-9第15页耗耗散散结结构构q封闭系统：熵增大封闭系统：熵增大差别减小差别减小热寂说热寂说水土流失水土流失塑性变形塑性变形孔隙压力消散孔隙压力消散q开放系统：负熵增大开放系统：负熵增大差别增大差别增大生物进化生物进化社会分工社会分工造山运动造山运动孔隙压力增加孔隙压力增加2021-7-9第16页耗耗散散结结构构均匀应力熵最大安全系数最大应力不均匀熵减小安全系数变小开挖开挖负熵流入负熵流入开挖开挖破坏Fs=12021-7-9第17页试试错错与与q试错法试错法 ：确定性方法：确定性方法排除归纳法因果关系研究排除归纳法因果关系研究假定几种可能的原因假定几种可能的原因通过演绎法推断每一种原因将会出现的结果通过演绎法推断每一种原因将会出现的结果与已经发生的事实比较与已经发生的事实比较公安破案，医生找病因，工程事故的原因分析公安破案，医生找病因，工程事故的原因分析q相关分析：非确定性方法相关分析：非确定性方法2021-7-9第18页实实例例q地震滑坡的拟静力法地震滑坡的拟静力法地震滑坡原因地震滑坡原因液化引起的强度降低液化引起的强度降低地震惯性力地震惯性力地震惯性力理论地震惯性力理论从结构动力从结构动力学中借鉴学中借鉴2021-7-9第19页